3-CU^并联机构运动和力传递性能分析

以空间三自由度平移3-CU^并联机器人机构为研究对象,基于速度雅克比矩阵,定义速度和力方向的可操作度,度量机构在给定位形条件下沿不同方位速度和力的传递性能;以雅克比矩阵条件数,度量机构在给定位形条件下速度和力传递的各向同性。研究表明,速度和力方向可操作度可直观度量机构沿不同方位的传速传力性能,同时可方便地确定最佳传速传力方位;传速性能最优的方位,传力性能最差,动平台沿垂直方位运动时传速性能优于传力性能,沿水平方位运动时传力性能优于传速性能;各向同性分析表明,当机构沿轴方位运动时,各向同性优于其他方位,改变定长支链的长度影响各项同性指标的变化,动平台外接圆半径变化对机构各项同性无影响。研究结论对3-CU^并联机器人运动规划具有明确的物理意义。     

3-CU^并联机构运动和力传递性能分析

以空间三自由度平移3-CU^并联机器人机构为研究对象,基于速度雅克比矩阵,定义速度和力方向的可操作度,度量机构在给定位形条件下沿不同方位速度和力的传递性能;以雅克比矩阵条件数,度量机构在给定位形条件下速度和力传递的各向同性。研究表明,速度和力方向可操作度可直观度量机构沿不同方位的传速传力性能,同时可方便地确定最佳传速传力方位;传速性能最优的方位,传力性能最差,动平台沿垂直方位运动时传速性能优于传力性能,沿水平方位运动时传力性能优于传速性能;各向同性分析表明,当机构沿轴方位运动时,各向同性优于其他方位,改变定长支链的长度影响各项同性指标的变化,动平台外接圆半径变化对机构各项同性无影响。研究结论对3-CU^并联机器人运动规划具有明确的物理意义。     

基于齐次量纲雅可比矩阵的四自由度并联机构运动灵巧度分析

基于雅可比矩阵的灵巧度分析是并联机构设计的重要任务之一。针对新型四自由度机构2RRS-2RUS,首先基于螺旋理论导出的完整雅克比矩阵,构造出运动特性等效的齐次量纲雅克比矩阵。并利用该矩阵的条件数定义了衡量该并联机构运动学灵巧度的指标。进而,依据灵敏度分析的方法,分析得到系统全域性能指标随经过归一化处理后的各个尺度参数的变化规律。     

基于并联机构调姿的大部件支撑点优选

为了提高基于并联机构形式的数字化调姿装置的操作性能和支撑稳定性等,对部件上的支撑点位置进行了优化选择。建立了该定位调姿装置的运动学模型,根据分支机构运动链的矢量图形,求解了定位调姿装置的位置方程及机构雅克比矩阵;根据机构雅克比矩阵建立了调姿装置的灵活度、承载力和刚度等性能评价指标;根据定位雅克比矩阵建立了调姿装置对部件定位时的支撑稳定性指标;对上述指标进行综合评价,根据指标的优化得到了部件的优化支撑点位置。分析结果表明:基于并联机构形式的大部件调姿装置的性能评价指标和位姿无关,支撑稳定性和姿态有关,且各指标依赖于初始支撑点的选择,以上结论为大部件定位支撑点的选择提供了参考。     

基于遗传算法的新型2-DOF并联机构优化设计

提出了一种新型2-PRR两自由度并联机构,可应用于并联机床的主轴平台,并介绍了其机构组成及其结构特点.针对该并联机构,建立了运动学方程,给出了机构的雅克比矩阵;详细描述了该机构动平台能够实现A向±90.偏转的机构设计过程,并基于遗传算法,以机构的灵巧度为目标对机构进行了优化.优化的结果通过仿真验证,表明机构在整个偏转空间中操作性能较好,且无运动干涉现象.     

新型五自由度并联机构静力学分析

以一个五自由度并联机构为对象，研究了少自由度并联机构静力学平衡和运动之间的关系。采用矢量分析另法证明该机构的速度雅克比矩阵和力雅克比矩阵仍然互为转置矩阵。以虎克铰的受力分析为基础，分析了该机构中复合运动副的受力情况，并据此分析了整个机构在静力作用下的平衡问题，为刚度分析打下了基础。     

新型混联腹腔镜手术机器人的运动学建模与优化

提出一种专为腹腔镜手术设计的新型混联手术机器人。该机器人由两个解耦并联机构混联而成,机器人可为手术器械提供多自由度操作空间。先用叠加法对混联机器人进行整体运动学建模,提出了基于腹腔镜手术特征的机器人术中运动规划并简化了机构输入量,利用手术器械的"杠杆"映射原理求得其末端操作点的速度雅克比矩阵,又根据雅克比条件数给出了机器人在术前定位时的最佳初始位形,建立并使用"灵巧度-体积"综合因素指标对器械操作点的工作空间进行优化。结果表明:在优化后工作空间中机器人不但具有良好的运动灵巧度,同时工作空间大小也能满足微创手术操作的要求。     

一种二自由度并联平面机构的尺度综合

在确定机构装配方式基础上,求解了二自由度并联机构的位置正反解和速度雅克比矩阵。综合考虑机构工作空间和机构传动角,提出了一种机构尺寸设计的新方法。选择可操作度作为灵巧度评价指标,结合该指标对基于工作空间的尺度综合结果作进一步分析和验证。这个尺度综合方法有益于机构的设计与应用。     

一种新型三自由度移动可约并联机构的分析和设计

介绍了一种新型三自由度移动可约并联机构。分析了机构的运动,得到其雅克比矩阵。分析了机构的可约性、条件数、灵巧度、各向同性性能等性能,并以机构的工作空间为优化目标进行了设计。     

一种3-2-1正交布置的6自由度并联微动机器人分析

对一种 3 2 1正交布置的 6自由度并联微动机器人进行了分析。给出这种特殊构型并联微动机构的位置正解和逆解的显示方程 ,同时给出了该并联微动机构的力雅克比矩阵和速度雅克比矩阵 ,对速度和力传递的各向同性指标进行了分析。指出该并联微动机构可以产生 2种相互解耦的复合运动 ,一种是 3 DOF的Z tilts运动 ,另外一种是其相应的 3 DOF平面一般运动。     

3-RRR平面并联机构刚度分析

刚度是并联机构重要性能指标,为了评价并联机构刚度,提出了一种刚度评价方法.基于3-RRR机构的逆运动学模型,推导出其雅可比矩阵.在力雅可比矩阵的基础上,给出了刚度评价指标,该指标不仅适用于3-RRR并联机构,而且可以应用于其它并联机构.将提出的刚度指标应用于3-RRR并联机构,数值仿真结果表明3-RRR机构在工作空间中具有对称的刚性.     

Optimal design of a six-axis vibration isolator via Stewart platform by using homogeneous Jacobian matrix formulation based on dual quaternions

A six-axis vibration isolation system is essential to high-precision space systems for attenuating vibrations on precise instruments. The kinematic optimal design is researched for the space six-axis vibration isolator via Stewart mechanism. Jacobian matrix is the basis of the kinematic performance index. However, the conventional Jacobian matrix is not usually dimensionally homogeneous due to the inhomogeneous physical units, caused by the different mathematical representations of the rotation and translation. In this paper, we propose a dual quaternion approach to derive the dimensionally homogeneous Jacobian matrix of a general six-axis parallel mechanism. Two quaternions are used to parameterize the rotation and translation of the platform. The dimensionally scaling factor for the generalized Jacobian matrix is defined as the ratio of the norms of the two quaternions. The dimensionally homogenous Jacobian matrix is then obtained and applied to the optimal design of the six-axis vibration isolator. The performance index of isotropy is considered to make the isolator minimum kinematic coupling in its working configuration.     

基于3-RRR结构的光学元件柔顺微动调整机构的位姿正解

针对光刻投影物镜中光学元件X/Y/θ微动调整的工程需求,研制了一种基于3-RRR结构的光学元件柔顺微动调整机构,并对其位姿正解进行了研究。建立了3-RRR柔顺并联机构的伪刚体模型,并采用矢量代数法理论推导了该机构的位姿正解,得到了它的理论雅克比矩阵。然后,在NASTRAN中建立了3-RRR柔顺并联机构的有限元模型,得到了仿真环境下该机构的位姿正解和雅克比矩阵。最后,对研制的3-RRR柔顺并联机构进行了实验研究,得到了该机构真实的位姿正解和雅克比矩阵。实验结果表明,实验雅克比矩阵的各项系数分别为0.577 7、-0.304 0、-0.283 3、0.002 1、0.524 6、-0.516 5、1.402 6、1.481 9、1.435 3,而理论雅克比矩阵相对应的各项系数分别为0.612 9、-0.3065、-0.306 5、0、0.530 8、-0.530 8、1.444 6、1.444 6、1.444 6,得到的数据表明:采用矢量代数法能够理论推导出该机构正确的位姿正解公式。提出的3-RRR柔顺微动调整机构位姿正解方法为微动调整机构的研制提供了设计依据。     

对称五自由度3R2T并联机构的雅可比分析

针对对称五自由度3R2T并联机构提出一种雅可比分析方法。首先简单回顾3R2T并联机构的自由度特性,然后运用螺旋理论建立单个分支运动链的雅可比矩阵,该矩阵为6×5阶长方阵;再利用该类并联机构的自由度特性,说明6×5阶分支雅可比矩阵的第6行是冗余信息,可将其删除,从而把分支雅可比矩阵简化为5×5阶方阵,可以证明该方阵在机构非奇异位形下满秩;在选定并联机构的驱动副后,通过对新的5×5阶分支雅可比方阵进行一系列矩阵运算,可以建立整个五自由度3R2T并联机构的5×5阶雅可比矩阵。     

3-RUU微动并联机构的尺寸型模型及性能图谱

基于伪刚体模型及运动学参数的量纲一化,建立了3-RUU微动并联机构的尺寸型模型,该模型在有限区间内给出了3-RUU微动并联机构所有可能的尺寸参数组合,模型空间内的任意一点代表具有相同或相似运动性能的同一族机构。结合对微操作运动性质的分析,提出了作业空间体积值、作业空间形状值及常值雅克比矩阵条件数等三种描述微动机构运动学性能的评价指标,并根据尺寸型模型及定义的性能指标绘制了反映机构性能与尺寸参数关系的性能图谱。     

基于3-UPS机构并联机床的运动学分析

结合并联机床的机构特点,采用矢量法建立了3-UPS并联机床机构运动学模型,运用求导法推导了3-UPS机构的一阶影响系数矩阵,分析了机构的奇异性和平稳性。     

Dimensional Synthesis of a 3-DOF Parallel Manipulator with Full Circle Rotation

Parallel robots are widely used in the academic and industrial fields. In spite of the numerous achievements in the design and dimensional synthesis of the low-mobility parallel robots, few research ef...     

3-UPS/S并联机构运动学分析及机构优化设计

对3-UPS/S并联机构进行了运动学分析和静力学分析,得到了该机构的运动雅可比矩阵和静力学雅可比矩阵;采用离散的方法对该机构的工作空间进行了分析;对该机构进行了基于给定工作空间的尺寸参数优化,在优化的过程中考虑了机构的奇异性、关节约束和机构几何尺寸约束等条件.     

球面二自由度5R并联机器人的运动学分析

研究球面二自由度5R并联机器人机构模型，借助球面解析几何理论，建立了机构的约束方程；利用解析法求解了机构的位置正反解，给出数值算例，绘制了相应的位置正解装配图和位置反解装配图；利用对机构约束方程求导数法得到机构的雅可比矩阵。研究结果为该类机器人的进一步分析打下了理论基础。     

4自由度非全对称并联机构的完整雅可比矩阵

少自由度并联机构完整雅可比矩阵为6x6矩阵,包括运动子矩阵和约束子矩阵两部分,由于前者的代数特征不能反映出机构的约束特性,在对此类机构进行运动学分析和几何参数优化设计时,必须建立完整的6x6雅可比矩阵.鉴于此,基于对偶螺旋理论,以4自由度机构2RPS-2UPS为例,给出非全对称少自由度并联机构完整雅可比矩阵的推导方法.首先,根据螺旋理论推导约束支链中的运动螺旋系和反螺旋系,并利用互易积获得约束子矩阵.其次,锁定每个支链中的主动关节,根据螺旋理论计算约束支链和全运动支链中新增反螺旋系,并利用互易积建立运动子矩阵.将约束子矩阵和运动子矩阵联立建立机构完整雅可比矩阵.最后,分析雅可比矩阵的秩,得到2RPS-2UPS并联机构产生奇异位形的条件.